Минералогия (стр. 5 )

Годом открытия мы считаем не год утверждения минерала КНМНМ ММА, а год опубликования описания, когда открытие уже можно назвать полностью состоявшимся. Чтобы полнее оценить динамику открытий, мы собрали также и данные по числу утвержденных КНМНМ ММА за тот же период видов. На практике, дата выхода в свет описания нового минерала отстает от даты его утверждения обычно на 1–3 года.

Объем тезисов не позволяет включить все полученные данные — Вы увидите их на нашем стенде. Приведем здесь лишь некоторые из них.

Общее число видов на конец 1999 г составляло 3950±100. За период 1990–1999 гг описаны 473 новых минерала — это ~12% от 3950. За тот же период утверждено КНМНМ ММА 482 новых вида. Число описывавшихся минералов колебалось от 35 до 57 (46±11) в год, утверждавшихся — от 43 до 54 (48±6): это чуть менее одного нового минерала в неделю. Роста количества открытий со временем сейчас не происходит, и это связано не с ограниченной “пропускной способностью” КНМНМ, а в первую очередь с тем, что потенциально новые минералы встречаются достаточно редко, и изучение каждого из них требует заметных усилий и времени, как правило, целого коллектива авторов.

Более 80% новых минералов 1990–99 гг. дали: зона гипергенеза рудных месторождений (107 видов); дифференциаты щелочных массивов (92); гидротермальные рудные месторождения (57); метаморфогенные образования (56); скарны и другие контактовые метасоматиты (36); гранитные пегматиты (33). Вклад бывшего СССР в эти цифры составляет 3(!), 57, 15, 5, 10 и 6 видов соответственно. Очевидно, это отражает не только присутствие/отсутствие ярких объектов тех или иных типов, но и области интереса российских минералогов, занятых изучением потенциально новых видов.

На первое место по числу открытий в этот период вышла Россия — 106 (всего по СНГ — 123), далеко опередив США (56) — прежнего бессменного лидера; далее следуют Италия (38), Канада (36), Германия (28), Австралия и Франция (по 20), Китай (19), Япония (15), Чили (11). Что касается геологических объектов, то лидируют три агпаитовых массива — Сент-Илер в Канаде (22), Ловозеро и Хибины на Кольском полуострове (по 19); четвертое место занимают фумаролы вулкана Толбачик на Камчатке (12), пятое — зона окисления месторждения Кап-Гаронн во Франции (10).

Каковы размеры выделений минералов, открытых за это десятилетие? Мы разбили их на три группы: < 1 мм — 221 (46,7%); ³ 1 мм, но < 1 см – 190 (40,2%); ³ 1 см – 62 (13,1%). Таким образом, устойчивое представление о “почти поголовной микроскопичности” минералов, открываемых в наши дни, оказалось заблуждением: более половины их достигают в размере не менее 1 мм, т. е. хорошо видны простым глазом.

218 новых видов не имеют в минеральном царстве “родственников”, 60 — только “дальних родственников”, а 36 — это представители уже известных в минералогии структурных типов, но не связанные изоморфными соотношениями с ранее описанными минералами (как, например, изоструктурные галит и галенит). 130 минералов этого периода не только изоструктурны, но и химически близки к ранее известным видам (и нередко образуют с ними изоморфные серии), а 29 представляют собой новые полиморфы уже известных в природе веществ.

473 новых минерала распределены между 226 первыми авторами публикаций, из которых на долю 17 (открывших более чем по 5 видов) приходится в сумме 155 минералов. Безусловно лидирующий первый автор открытий периода 1990–99 гг. — известный российский минералог (25 видов), за ним следуют канадские исследователи (18) и Дж. Д. Грайс (13).

От личных имен образованы названия 239 минералов, по месту находки — 97, по сходству с уже известными видами — 80, по химическому составу — 28, другое — 29.

МОДЕЛЬ ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ МИНЕРАЛОВ

,

МГУ, Москва, Россия.

Rukin M. D., Volkov Yu. V. A model for studying the proporties of minerals. (Moscow State University, Moscow, Russia). Distribution of chemical elements over basic shells of the Earth is considered. Variations of physical properties of minerals in the Earth entreils are supposed to study using the statistical and dynamic simulation methods. Concepts of these methods are discussed. Iformation is presented about mathematical tools applied by the authors in modeling computations. Boundary conditions are proposed allowing to simplify mathematical computations without material effects on the problem solution-modeling of varying properties of minerals under the Earth entreils conditions.

Методы математического моделирования строения и изменения свойств минералов приобретают все большее развитие в науках о Земле, в частности, в геологии [1,2]. Рассматриваются статистические и динамические методы моделирования для исследования физических свойств минералов в различных геосферах. Следуя за работой [3, с.348], выделяем: центральное ядро, промежуточную, эклогитовую, базальтовую, гранитную оболочки и атмосферу. Из 16 выделенных химических элементов их распределение по геосферам: ядро — Fe, Ni; промежуточная — S, O, Fe, Mn, Mg; эклогитовая и базальтовая — O, Si, Al, Ca, Mg, Ti, Gr, Mn; гранитная — разнообразный состав, но O, Si, Al, Ca, Na, K, P — доминируют; атмосфера — O, H, C. Современные геохимические данные не меняют нашу схему [4]. Информация об электронной конфигурации атомов 50 важнейших элементов [5], расположенных по возрастанию атомных номеров, может быть выражена таблично. Выделенные 16 элементов займут соответствующее место по оболочкам геосфер. Вопрос о распределении температуры в недрах пока не решен, более определенными являются данные о плотности, давлении и модуле всестороннего сжатия [6]. При изучении процессов минерагении наиболее важно учитывать свойства минералов в природных условиях внутри соответствующих оболочек.

В основе статистических методов лежат кинетические уравнения и термодинамические законы [7,8], а также метод Монте-Карло [9]. В статистическом методе моделирования предполагаем, что сложный процесс может быть представлен суммой “элементарных”. Постулируем: атом, кристалл, минерал имеют множество состояний; элементарный процесс — неделимый на части переход между двумя состояниями. Эволюция системы во времени описывается основным кинетическим уравнением. Физический смысл: определение вероятности нахождения системы в различные временные отрезки в разных состояниях. Коэффициенты пропорциональности в уравнении представляют вероятность элементарного процесса, рассчитываемого из квантовой механики [5] или — другими методами, например, с использованием матричных элементов перехода, временных интервалов и энергетических характеристик в разных состояниях. Для вычисления матричного элемента необходимо знать волновые функции системы в разных состояниях. Последние находятся из уравнения Шредингера, например, в приближении самосогласованного поля [5]. Можно получить волновые функции любого атома, энергии состояний и эффективные радиусы “орбит” на основании табличного представления элементов по порядку возрастания атомных весов. Основное кинетическое уравнение путем установления граничных условий можем привести к уравнениям Фоккера-Планка и Больцмана, связывающих скорости дрейфа частиц по координате. Из них определяются мощности создания и стока частиц, коэффициент диффузии частиц по координате. При постоянном числе частиц используем уравнение Больцмана для рассмотрения поведения зонных электронов и “дырок” в кристаллах, электронов и ионов — в плазме. Это уравнение более информативно по соотношению с уравнением Фоккера-Планка. Им описывается поведение систем, далеких от состояния термодинамического равновесия, оно применяется для описания фото-стимулированного и электро-стимулированного минералогенезиса.

О методе Монте-Карло к моделированию с помощью основного кинетического уравнения [10, с.39]. Эволюция системы рассматривается как марковский процесс. Изменение состояния системы связывается с процессами 2-х видов: процессы, пополняющие рассматриваемое состояние и опустошающие его. При термодинамическом равновесии должно быть состояние идеального баланса. Эта модель применима при исследованиях: броуновского движения микромолекул кристаллического состояния минералов; релаксации в спиновых и квадроугольных системах; явлений образования и роста зародышей; спинового разложения смесей; агрегации, ограниченной диффузией; явлений, связанных с необратимым ростом минерала; диффузии на поверхности и в слоях и ее влиянии на физические свойства минерала [10, с.38].

Динамическое моделирование физических свойств кристаллов берет начало от работ [11,12] по исследованию радиационных эффектов в кристаллах. Численно решаются классические уравнения движения атомов и ионов. Проводя динамическое моделирование атомных движений в кристалле, можно “наблюдать” колебательные движения отдельных атомов и цепочки фокусирующих соударений по отдельным направлениям. В кристалле такие столкновения происходят преимущественно в направлении (100) и (110). С ростом температуры эффекты фокусировок и капиллирования уменьшаются. В процессе соударения атомов развиваются высокие давления. Это оправдывает применение динамического моделирования к изучению физических процессов в минералах при высоких давлениях, свойственных земным недрам. Слабое место этой методики — выбор кулоновского потенциала, экранированного по Н. Бору. Более приемлемы потенциалы самосогласованного поля по Хартри-Фоку [5]. Если известны волновые функции атомов 16 элементов, то проблемы определения коэффициентов кинетического уравнения и скоростей для процедуры динамического моделирования решаемы. Атомные электроны описываются моделью электронных колец Н. Бора. Волновая функция выразится суммой функций Дирака. Выбор волновой функции позволяет выполнить интегрирования при расчетах экранированного потенциала и найти коэффициенты экранирования для квантовых состояний главных химических элементов. Полагая, что истинные волновые функции — водородоподобны, найдем, используя [5], приближение к полным энергиям атомов, к эффективным радиусам отдельных оболочек по всей периодической системе. Метод дает хорошее приближение для свободных атомов, а не для атомов под давлением в условиях земных оболочек. Последняя задача решается: так как размер атома определяется его внешней оболочкой и электроны в нем находятся в кулоновом поле атомного остатка, уравновешенного отталкивающим эффектом за счет ортогонализации к волновым функциям внутренних электронов, некоторое произвольное увеличение заряда ядра на малую величину приведет к сжатию орбиты внешнего электрона и действию на последний дополнительной силы. Из выражения силы находятся избыточное давление, изменения размеров атома, связанные с этим давлением.